ГГС - государственная геодезическая сеть;
ГКМВ - Генеральная конференция мер и весов;
ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система;
ИСО - Международная организация по стандартизации;
ККС - контрольно-корректирующая станция;
МБМВ - Международное бюро мер и весов;
МКМВ - Международный комитет мер и весов;
МОЗМ - Международная организация законодательной метрологии;
МЭК - Международная электротехническая комиссия;
РМГ - рекомендации по межгосударственной стандартизации;
СИ - Международная система единиц;
ICRF - Международная небесная координатная основа;
ICRS - Международная небесная опорная система (координат);
IERS (МСВЗ) - Международная служба вращения Земли (материализация ICRS);
ITRF - Международная земная координатная основа (материализация ITRS);
ITRS - Международная земная опорная система (координат).
4 Величины и единицы
Величины и единицы, используемые в глобальной навигационной спутниковой системе при определении местоположения, направления, скорости движения и момента времени навигационной аппаратуры потребителей ГЛОНАСС, приведены в таблице 1, которая разделена на две части вертикальной линией.
В левой части таблицы приведены наименования измеряемых величин, рекомендуемые символы обозначения, определения величин и примечания. В большинстве случаев приведены только одно наименование и только один символ для величины. Два или несколько наименований, два или несколько символов, приведенные для одной величины без указания каких-либо специальных различий, равноправны.
В правой части таблицы для каждой величины приведены наименования единиц измерения, их русское и международное обозначения, при необходимости, определения единиц.
В графе "Примечание", правой части таблицы, представлены сведения об использовании в Российской Федерации эталонов, воспроизводящих размер единицы, сведения о внесистемных единицах, принятых МКМВ или МОЗМ и рекомендованных ИСО и МЭК к использованию наравне с единицами СИ, которые допущены к применению в Российской Федерации [1], переводные коэффициенты, устанавливающие соотношения внесистемных единиц с единицами СИ, область применения и другая информация.
Когерентные единицы СИ рекомендуется применять с использованием десятичных множителей и дольных приставок СИ, даже если они не указаны.
При указании числовых значений единиц и переводных коэффициентов использованы знаки: "=" - точно равно; " " - приблизительно равно; ":=" - равно по определению.
Таблица 1
Величины и единицы пространства и времени
Величина | Единица | ||||||
Наименование | Обозначение | Определение | Примечание | Наименование | Обозначение: русское, международное | Определение | Примечание |
Длина | l, L | Длина - одна из семи величин, для которой установлена одна из основных единиц в Международной системе единиц СИ | Количественная характеристика протяженности прямых и кривых отрезков линий в пространстве | метр | м m | Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 с ([3], с. 160)В этом определении принято, что скорость света в вакууме точно равна 299 792 458 м/с | В Российской Федерации размер метра воспроизводится несколькими государственными первичными эталонами единицы длины.Воспроизведение размера метра в области измерения больших длин осуществляется с использованием государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени.Внесистемные единицы длины, допущенные к применению:- астрономическая единица (а.е.) ;- световой год (св. год) ;- морская миля(миля)1 миля := 1852 м;- фут (фут)1 фут = 0,3048 м.Морскую милю и фут используют в морской и авиационной навигации [1] |
Разновидности величин, измеряемых в единицах длины: | |||||||
Ширина | b, B | - | - | ||||
Высота | h, H | - | Символ Н часто используют для обозначения высоты над уровнем моря | ||||
Толщина | d, | - | - | ||||
Радиус | r, R | - | - | ||||
Радиальное расстояние | - | Символ Q обозначает ось, от которой определяют радиальное расстояние | |||||
Диаметр | d, D | - | -. | ||||
Длина пути | s | - | - | ||||
Расстояние | d, r | - | - | ||||
Декартовы координаты | x, y, z | - | - | ||||
Модуль вектора положения | r | - | - | ||||
Смещение | - | - | |||||
Радиус кривизны | - | - | |||||
Длина волны | - | - | |||||
Кривизна | к | , где - радиус кривизны | метр в минус первой степени | - | - | ||
Площадь | А | , где х и у - декартовы координаты на плоской поверхности | - | квадратный метр | - | Для измерения земельных площадей используют кратные единицы - сотку и гектар (га).1 сотка = 100 1 га = | |
Объем | V | , где х, y и z - декартовы координаты в пространстве | кубический метр | - | - | ||
литр | л I, L | Используют для жидких и газовых сред | |||||
Плоский угол | , , , , | ,где s - длина дуги окружности, заключенная между двумя радиусами;r - радиус окружности | Плоский угол - безразмерная величина.Для обозначения плоского угла также могут быть использованы другие символы | радиан | рад rad | Радиан равен углу, для которого s=г.1 рад := части полного угла.Для полного плоского угла s равна длине окружности | Радиан является безразмерной единицей.В Российской Федерации радиан воспроизводится государственным первичным эталоном единицы плоского угла |
градус(угловойградус) | ° | 1° := 1/360 части полного угла | - | ||||
минута(угловаяминута) | ' | 1' = (1/60)° | |||||
секунда (угловаясекунда) | '' | 1" = (1/60)' | |||||
метрический градус | град gon | 1 град = 1/400 части полного угла | Используют в геодезии | ||||
Телесный угол | , где А - площадь поверхности сферы, ограниченной конусом с вершиной в центре сферы;r - радиус сферы | Телесный угол - безразмерная величина | стерадиан | ср sr | Стерадиан равен углу, для которого .1 ср := части полного телесного угла | Для полного телесного угла А равна площади поверхности сферы | |
Время, продолжительность | t | Время - одна из семи величин, для которой установлена одна из основных единиц в Международной системе единиц СИ | Время - величина, измеряемая с помощью часов, секундомеров | секунда | с s | Секунда есть время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 ([3], с. 153) | В Российской Федерации размер секунды воспроизводится государственным первичным эталоном единиц времени, частоты и национальной шкалы времени |
минута | мин min | 1 мин := 60 с | |||||
час | ч h | 1 ч := 60 мин = 3600 с | |||||
сутки | сут d | 1 сут := 24 ч = 86400 с | |||||
Разновидности величин, измеряемых в единицах времени: | |||||||
Продолжительность периода | T | Длительность одного цикла | - | секунда | - | - | - |
Скорость (вектор) | v с | , где r - вектор положения в принятой пространственной системе координат;t - время | Направление вектора скорости определяют в принятой пространственной системе координат.Символ с используют только для обозначения скорости распространения волн | метр в секунду | м/с m/s | - | Единица измерения относится к модулю скорости |
километр в час | км/ч km/h | - | 1 км/ч := (1/3,6) м/с 0,277778 м/с.Внесистемная единица скорости - узел (уз, kn) допущена к применению в морской навигации [1].1 уз = 0,514 м/с | ||||
Ускорение (вектор) | а, g | , где v - скорость;t - время | Направление вектора скорости определяют в принятой пространственной системе координат.Символ g используют для обозначения ускорения свободного падения | метр в секунду в квадрате | - | Единица измерения относится к модулю ускорения.Внесистемная единицы# ускорения - гал (Гал, Gal) допущена к применению в гравиметрии [1].1 Гал = 0,01 | |
Угловая скорость (псевдовектор) | , где - плоский угол;t - время | Направление вектора скорости определяют в принятой пространственной системе координат.Вектор направляют вдоль оси вращения по часовой стрелке | радиан в секунду | рад/с rad/s | - | В Российской Федерации размер единицы воспроизводится государственным первичным эталоном единицы угловой скорости | |
Угловое ускорение (псевдовектор) | , где - угловая скорость;t - время | - | радиан в секунду в квадрате | - | В Российской Федерации размер единицы воспроизводится государственным первичным эталоном углового ускорения | ||
Число оборотов | N | , где - плоский угол | N равно числу (необязательно целому) оборотов при вращении тела вокруг собственной оси | один | 1 | - | Безразмерная единица |
Частота | f | f=1/T, где T - период | - | герц | Гц Hz | 1 Гц = 1 | В Российской Федерации размер герца воспроизводится государственным первичным эталоном единиц времени, частоты и национальной шкалы времени |
Частота вращения | n | n=dN/dt, где N - число оборотов;t - время | , где - угловая скорость | секунда в минус первой степени | - | - | |
Угловая частота | , где f - частота | - | радиан в секунду | рад/с rad/s | - | - | |
секунда в минус первой степени | - | - |
5 Пространственные шкалы измерений
Местоположение (позиция), взаиморасположение, направление и ориентация объектов в пространстве могут быть описаны только комплексом определений, реализующих метод координат, т.е. способом определять положение точки (местонахождения объекта - навигационной аппаратуры потребителя) с помощью чисел или других символов, присущих выбранной системе координат. Однако несмотря на то, что координаты - это величины, совокупности координат точек в пространстве не относятся к величинам, так как их невозможно сопоставить по обязательному для величин признаку одномерного упорядочения по возрастанию (больше или меньше). Поэтому совокупность координат точки в пространстве представляет собой обозначение проявления (значения) качественного измеряемого свойства - местоположения. Для измерения этих свойств должны быть установлены (стандартизованы) спецификации соответствующих конкретных пространственных многомерных шкал измерений - систем координат.
В таблице 2 представлены сведения о такого рода шкалах измерений, используемых в ГЛОНАСС, и их реализациях в виде эталонов. При этом в соответствии с системой обеспечения единства измерений конкретные системы координат интерпретируют как спецификации соответствующих шкал измерений, координатные основы - как эталоны; а реперы, опорные пункты (квазары, геодезические знаки, ККС) - как материальные меры направления и позиционирования (местоположения) объектов в пространстве.
Таблица 2
Шкалы местоположения, взаиморасположения, направления и ориентации объектов в пространстве
Шкала | Способ идентификации в системе координат | Опорный (исходный) эталон, воспроизводящий шкалу | |||
Наименование | Обозначение | Определение | Примечание | ||
Международная небесная опорная система координат (International Celectial Reference System) | ICRS | Полярная система координат, ориентация которой в пространстве установлена согласованной совокупностью угловых координат удаленных (точечных) источников радиоизлучения (квазаров и др., по ICRF) | Спецификация пространственной двухмерной шкалы измерений направлений в пространстве представлена в документе Международной службы вращения Земли (IERS) "IERS Conventions 2003" [4], содержащем каталог угловых координат квазаров (и других источников радиоизлучения) и порядок их уточнения | Угловые координаты направления, которое не является вектором (не обладает признаком длины) | Естественный опорный (исходный) эталон шкалы направлений в пространстве - это совокупность пространственных реперов - направлений на квазары и другие удаленные источники радиоизлучения, представленные в ICRF совместно с приписанными угловыми координатами |
Международная земная опорная система координат (International Terrestrial Reference System) | ITRS | Трехмерная прямоугольная (декартова) система координат с началом в центре масс Земли и основной плоскостью, перпендикулярной к геоцентрическому направлению на условное международное начало, с координатами среднего полюса Земли на эпоху 984.0 | Спецификация ITRS представлена в документе Международной службы вращения Земли (IERS) "IERS Conventions 2003" [4], содержащем каталог координат совокупности опорных станций на Земле ITRF и порядок их текущего уточнения | Абсцисса х, ордината у, аппликата z | Опорным (исходным) эталоном шкалы местоположения (позиции) на Земле, векторов скорости и ускорения относительно Земли является совокупность пространственных реперов (мер) местоположения на Земле - опорных станций, представленных в ICRF с приписанными декартовыми координатами |
Система параметров вращения Земли | - | Совокупность пяти угловых параметров, характеризующих взаимную ориентацию земной и небесной систем координат | Два угла определяют нутационное движение вращения Земной оси, два угла определяют положение мгновенного полюса (оси вращения в теле Земли), пятый параметр - Всемирное время, которому соответствует угол поворота Земли вокруг своей оси | - | Опирается на рекомендации ICRF и lTRF |
Глобальная геоцентрическая координатная система отсчета Российской Федерации | ПЗ-90.02 | Геоцентрическая прямоугольная координатная система отсчета, связанная с земной поверхностью набором геодезических пунктов | В Российской Федерации ПЗ-90.02 введена постановлением Правительства Российской Федерации [5] для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач. Уточненная версия ПЗ-90.02 введена распоряжением Правительства Российской Федерации [6] | Долгота (в угловых единицах в плоскости ху).Геоцентрическая широта (в угловых единицах в плоскости xz).Превышение (в метрах) относительно Балтийского футштока | Совокупность государственных реперов - геодезических пунктов с указанием координат |
Геодезическая координатная система отсчета Российской Федерации | СК-95 | Прямоугольная геоцентрическая координатная система отсчета на эллипсоиде Красовского, координаты которого перевычислены в прямоугольные координаты проекции Гаусса-Крюгера и в высоты Балтийской системы нормальных высот 1977 года | В Российской Федерации СК-95 введена постановлением Правительства Российской Федерации [5] для использования при осуществлении геодезических и картографических работ | Долгота (в угловых единицах в плоскости ху).Геодезическая широта (в угловых единицах в плоскости xz).Превышение (в метрах) относительно Балтийского футштока | Опорным (исходным) эталоном национальной шкалы местоположения (позиции) на земной поверхности, векторов скорости и ускорения относительно Земли является совокупность пространственных реперов местоположения на земной поверхности - опорных пунктов государственной геодезической сети (ГГС) |
Местные системы координат | - | Условная система координат, устанавливаемая на ограниченной территории, не превышающей территорию субъекта Российской Федерации, начало отсчета координат и ориентировка осей координат которой смещены по отношению к СК-95 | Правила установления местных систем координат введены постановлением Правительства Российской Федерации [7] | - | Опорные пункты государственной геодезической сети (ГГС) |
6 Шкалы времени
В таблице 3 приведены наименования, обозначения, определения шкал измерения времени, используемые в ГЛОНАСС. Обозначения и определения, приведенные в таблице 3, соответствуют ГОСТ 8.567.
Таблица 3
Шкалы времени
Наименование шкалы | Обозначение шкалы | Определение | Примечание |
Шкала времени | - | Непрерывная последовательность интервалов времени определенной длительности, отсчитываемая от начального момента.Для шкалы времени устанавливают условный нуль, единицу величины и порядок корректировки условного нуля | - |
Международная шкала атомного времени | ТА | Шкала атомного времени, рассчитываемая МБМВ | Основная шкала времени, хранимая национальными эталонами единицы времени и шкал времени.Шкала ТА - равномерная шкала с фиксированным нулем отсчета, не связанная с вращением Земли и с ее положением в пространстве.Шкала принята для гражданского времени.Размер секунды в шкале ТА соответствует определению, принятому XIII ГКМВ (1967 г.), Резолюция 1 ([3], с. 153) |
Национальная шкала атомного времени | ТА(k) | Шкала атомного времени, воспроизводимая национальным эталоном, где k - индекс страны - владельца эталона. (Для Российской Федерации индекс - SU.) | В Российской Федерации шкала TA(SU) воспроизводится и хранится непрерывно работающим государственным первичным эталоном единиц времени, частоты и национальной шкалы времени |
Шкала всемирного времени | UT | Общее обозначение шкал времени, основанных на вращении Земли вокруг своей оси.Длительность секунды в этих шкалах равна средней солнечной секунде | Всемирное время по шкале, в которой за начальный момент последующих суток принята нижняя кульминация Среднего Солнца на начальном меридиане и учтено влияние движения полюсов Земли на положение меридианов, обозначают UT1.Всемирное время по шкале времени, в которой также учтено влияние сезонной неравномерности вращения Земли вокруг своей оси, обозначают UT2.Секунды в шкалах UT1 и UT2 длиннее секунды шкалы ТА. Размер секунды в этих шкалах изменяется от месяца к месяцу и от года к году. Приблизительно эта разность составляет с |
Международная шкала координированного времени | UTC | Шкала времени, рассчитываемая МБМВ так, что смещение относительно международной шкалы атомного времени составляет целое число секунд, а относительно шкалы всемирного времени не превышает 0,9 с | UTC - шкала координированного времени.Секунда UTC равна секунде шкалы ТА, а начало отсчета может, при необходимости, изменяться ровно на 1 с с первого числа каждого месяца в 0 ч по шкале UT2 для того, чтобы расхождение между UTC и UT2 не превышало 0,9 с |
Координированные шкалы времени | - | Шкалы времени, в которых числовые выражения положения любого события отличаются друг от друга на значение, не превышающее установленного допуска | - |
Национальная шкала координированного времени | UTC(k) | Национальная шкала времени, воспроизводимая так, что значение ее смещения относительно международной шкалы координированного времени UTC не превышает установленного значения | - |
Национальная шкала координированного времени Российской Федерации | UTC(SU) | Национальная шкала координированного времени Российской Федерации, воспроизводимая государственным первичным эталоном единицы времени, частоты и национальных шкал времени | В 1999 г. для национальной шкалы координированного времени Российской Федерации UTC(SU) установленное смещение относительно шкалы UTC составляло мкс.На 1 декабря 1998 г. смещение UTC(SU) относительно UTC составляло минус 0,17 мкс |
Шкала поясного времени | - | Шкала единого времени в пределах часовых поясов, исчисляемая в национальной шкале координированного времени. Поясное время отличается от времени UTC(k) на целое число часов, равное номеру часового пояса | На территории Российской Федерации расположено одиннадцать часовых поясов.Границы часовых поясов определяет Правительство Российской Федерации |
Декретное время | - | Поясное время, изменяемое правительственными распоряжениями | В Российской Федерации поясное время сдвинуто на один час по сравнению с европейским поясным временем |
Системная шкала времени ГЛОНАСС | - | Синхронизированная для всех космических аппаратов и функциональных дополнений ГЛОНАСС шкала времени | Системная шкала времени ГЛОНАСС синхронизирована с национальной шкалой координированного времени UTC(SU) |
Календарь | Система исчисления продолжительности длительных интервалов времени, основанная на периодичности явлений природы и связанная с движением небесных светил | Существуют солнечные, лунные, солнечно-лунные и др. календари.В основе солнечных календарей лежит год - интервал времени, составленный из целого числа солнечных суток, совпадающий с периодом видимого годичного вращения Солнца.Год состоит из 12 мес неравной продолжительности от 28 до 31 сут. В результате того, что год содержит нецелое число суток, в течение четырех лет накапливаются приблизительно одни лишние сутки, которые дополнительно вводят в так называемые високосные годы. Календарь, в котором через каждые четыре года повторяется високосный год, называют Юлианским календарем. В большинстве стран принят более точный Григорианский календарь, в котором три раза в четыре столетия високосный год пропускают |
Библиография
[1] | Постановление Правительства Российской Федерации от 31 октября 2009 г. N 879 "Об утверждении Положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации" | |
[2] | РМГ 83-2007 | Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Шкалы измерений. Термины и определения |
[3] | МБМВ, 8-е издание, 2006 (ВIРМ, Edition 2006) | Международная система единиц СИ (The International System of Units SI, Paris) |
[4] | Техническая запись МСВЗ, N 32 | Международная служба вращения Земли и опорных систем. Соглашения MCBЗ (2003) |
(IERS Technical Note, No. 32) | (International Earth Rotation and Reference Systems Service. IERS Conventions (2003)) | |
[5] | Постановление Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. N 568 "Об установлении единых государственных систем координат" | |
[6] | Распоряжение Правительства Российской Федерации от 20.06.2007 г. N 797-р | |
[7] | Постановление Правительства Российской Федерации от 3 марта 2007 г. N 139 "Об утверждении Правил установления местных систем координат" |